Effect of hyperbaric oxygenation and gemcitabine on apoptosis of pancreatic ductal tumor cells in vitro

Background: la gemcitabina rappresenta una terapia di prima linea nel trattamento dell’adenocarcinoma pancreatico (PDAC), neoplasia ancora caratterizzata da una sopravvivenza scarsa e da una bassa risposta chemioterapica. La terapia iperbarica (HBO) aumenta la quantità di ossigeno nelle cellule ed aumenta la risposta citotossica indotta dalla chemioterapia. Abbiamo pensato come l’attività chemioterapica della gemcitabina (GEM) possa aumentare in ambiente ricco di ossigeno. In questo studio, infatti, è stata valutata l’effetto della gemcitabina, della terapia iperbarica e della loro associazione nel processo apoptotico delle cellule neoplastiche di adenocarcinoma pancreatico. Materiale e metodi: Nello studio sono state utilizzate due tipi di cellule di adenocarcinoma pancreatico: PANC-1 e AsPc-1. Le cellule sono state trattate con la quantità di GEM pari alla concentrazione inibente del 50% delle cellule neoplastiche (IC50), con HBP a 2.5 ATA per 90 minuti, con la combinazione di entrambi (HBO prima di GEM [HBO-GEM] e GEM prima di HBO [GEM-HBO]) e con la somministrazione contemporanea di GEM e HBO (GEM+HBO). Nel gruppo controllo (Ctrl) le cellule neoplastiche sono state trattate con PBS alla concentrazione usata per disciogliere la gemcitabina usata negli altri campioni sperimentali. Ventiquattro ore dopo, è stato valutato l’indice apoptotico (AI) in ogni gruppo. Risultati: PANC-1: HBO da sola non presenta alcun effetto sull’indice apoptotico rispetto al gruppo Ctrl AI: 6.5±0.1 vs. 5.9±0.1. HBO prima e dopo GEM non aumenta l’indice apoptotico AI: 8.2±0.1 (HBO-GEM), 8.5±0.1 (GEM-HBO) vs. 8.1±0.1 (GEM). La combinazione di HBO e GEM aumenta significativamente AI: 10.7±0.02 (p<0.001 vs .tutti gli altri trattamenti). AsPc-1: HBO da sola non presenta alcun effetto sull’indice apoptotico rispetto al gruppo Ctrl AI: 5.9±0.1 vs. 5.9±0.1. HBO prima e dopo GEM non aumenta AI: 8.2±0.1 (HBO-GEM), 8.4±0.1 (GEM-HBO) vs. 8.0±0.1 (GEM). La combinazione di HBO e GEM aumenta significativamente AI: 9.7±0.1 (p<0.001 vs. tutti gli altri trattamenti). Conclusione: HBO da sola o quando viene somministrata prima o dopo GEM non presenta alcun effetto nell’indice apoptotico in cellule di PDAC. HBO aumenta significativamente l’indice apoptotico quando somministrata contemporaneamente alla GEM. I nostri risultati suggeriscono come la finestra temporale sarebbe fondamentale per l'utilizzo di HBO come coadiuvante alla chemioterapia .

Background: Gemcitabine is first-line therapy for advanced pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) with a poor survival and response rate. Hyperbaric oxygenation (HBO) enhances delivery of oxygen to hypoxic tumor cells and increases their susceptibility to cytotoxic effects of chemotherapy. We hypothesized that the anticancer activity of gemcitabine (GEM) may be enhanced if tumor cells are placed in an oxygen-rich environment. The present study evaluated the effects of gemcitabine, HBO and their combination on apoptosis of tumor cells. Materials and Methods: PANC-1 and AsPc-1 PDAC tumor cell lines were used. Cultured tumor cells were treated with GEM at its growth-inhibitory concentration (IC50) , HBO at 2.5 ATA for 90 min, a combination of both (HBO before GEM [HBO-GEM] and GEM before HBO [GEM-HBO]) and with the administration at the same time of GEM and HBO (GEM+HBO). In the control group (Ctrl) the tumor cells were treated with PBS (as placebo) equal in quantity to that used to dissolve gemcitabine for administering to the experimental samples. Twenty-four hours later, apoptotic cells in each group were analyzed and the apoptotic index (AI) was calculated. Results: PANC-1 cell line: HBO alone had no effect on AI: 6.5±0.1 vs. 5.9±0.1. HBO before and after gemcitabine did not further increase AI: 8.2±0.1 (HBO-GEM), 8.5±0.1 (GEM-HBO) vs. 8.1±0.1 (GEM). The combination of HBO and gemcitabine significantly increased AI: 10.7±0.02 (p<0.001 vs. all groups). AsPc-1 cell line:HBO-alone had no effect on AI: 5.9±0.1 vs. 5.9±0.1. HBO before and after gemcitabine did not further increase AI: 8.2±0.1 (HBO-GEM), 8.4±0.1 (GEM-HBO) vs. 8.0±0.1 (GEM). The combination of HBO and gemcitabine significantly increased AI: 9.7±0.1 (p<0.001 vs. all groups). Conclusion: HBO-alone, whether administered before and after gemcitabine has no effect on apoptosis of PDAC cells in vitro. HBO significantly enhanced gemcitabine-induced apoptosis when administered during gemcitabine. Our findings suggest that the time window would be critical for using HBO as adjuvant to chemotherapy.